Биологический каталог




Фотобиология

Автор С.В.Конев, И.Д.Волотовский

формы 563 нм, окислительно-восстановительный потенциал — 0,04 В.

Цитохром с. Известно несколько видов цитохрома с:

С2(с55о), ^1(c4so), ?552, С555. Редокс-потенциал ссХ равен 1+0,18, С555— +0,32 В.

Пластоцианин. Белок, содержащий два атома меди

(М—21 ООО) с максимумом поглощения при 521 нм и Eh = —+0,37 В. На одну молекулу пластоцианина в хлоропласте приходится примерно 300 молекул хлорофилла. Окисленная форма пластоцианина синего, восстановленная зеленого цвета. Окислительно-восстановительные превращения обусловлены реакцией Cu2+ + e^Cu+.

Ферредоксин. Белок, содержащий негеминовое железо. Молекулярный вес ферредоксина 12 000. Окисленная форма ферредоксина имеет максимум поглощения при 464 нм, Ен = —0,42—0,49 В. У бактерий обнаружены другие негеминовые железопротеиды: с Eh, равным +0,3— 0,35 и —0,61 В (рубредоксин).

Ферредоксин-НАДФ-редуктаза — флавопротеид с молекулярным весом около 50 000. Максимумы поглощения 456, 385 и 275 нм. Окислительно-восстановительные превращения (±2Н) происходят в изоаллоксазиновом кольце простетической группировки — флавинаденинди-нуклеотида:

Восстановленный флавинадениндинуклеотид

Окисленный флавцнадениндцнуклеотид

(Eh переносчика около —0,4 В.)

Кроме перечисленных идентифицированных участников транспорта электронов в хлоропластах обнаружены еще четыре чрезвычайно важных переносчика электронов, природа которых окончательно не выяснена. Их принято обозначать символами Z, Q, С55о и X. Есть все основания предполагать, что именно эти переносчики, выступая в роли доноров или акцепторов электронов, непосредственно взаимодействуют с фотохимически активными формами пигментов — хлорофиллом ,1 и хлорофиллом 2.

Переносчик Z. Предполагается, что он является мар-ганецсодержащим белком и выступает в роли посредника при передаче электрона от воды к хлорофиллу 2. Величина окислительно-восстановительного потенциала не установлена.

Переносчики Q и С550. Обнаружены по тушению флуоресценции хлорофилла (Q) и индуцированному светом обратимому уменьшению поглощения при 550 нм (С550). Считается, что изменение этих свойств является отражением активности одного и того же вещества. В мутантах, дефицитных по Q, не удается обнаружить С550. Кривые окислительно-восстановительного титрования этих переносчиков близки. С другой стороны, высказывается предположение, что Q — железосодержащий белок, а С550 — комплекс белка с каротиноидом.

Переносчик X (PAZO)- Ему приписывается главный максимум в дифференциальных спектрах при 430 нм. Окислительно-восстановительный потенциал приблизительно равен —0,6 В. Предполагается, что по химической природе он может быть отнесен к флавинам или птери-динам.

Таким образом, транспорт электронов от воды к НАДФ осуществляется с помощью последовательных окислительно-восстановительных превращений большого числа переносчиков. Не только значения редокс-потенци-алов, но и ряд других соображений, которые будут изложены ниже, позволяют конкретизировать приведенную

раньше схему: Н20 — -+ Z Хл*? -t Q (С550) — пластохинон —пластоцианин (цитохром f) Хл* —-> X —~+ ферредоксин — - ферредоксин-НАДФ-редуктаза — -> НАДФН2. Крайне существенно, что длинноволновая и коротковолновая системы индуцируют антагонистические окислительно-восстановительные превращения ряда переносчиков электронов. Так, длинноволновое освещение сопровождается окислением цитохрома f или пластоцианина с восстановлением НАДФ. Коротковолновая подсветка приводит к обратной реакции.

В работах Витта, Кушковского и Фока показано, что свет, поглощаемый преимущественно фотосистемой II (хлорофилл 2), приводит к восстановлению, а длинноволновый свет Я = 700 нм (фотосистема I) —к окислению пластохинона и пластоцианина. Описаны аналогичные восстановительные превращения экзогенных редокс-со-единений (например, хинонов), В пользу обратимых окислительно-восстановительных превращений переносчиков электронов свидетельствуют также опыты Батлера. При освещении хлоропластов красным светом, адресованным преимущественно хлорофиллу 2, наблюдается возгорание его флуоресценции во времени. Противоположным образом действует дальний красный свет, преимущественно адресованный хлорофиллу 1. При этом наблюдается развивающееся во времени тушение флуоресценции хлорофилла 2. Эти эффекты могут быть объяснены тем, что окисленная форма переносчика Q является эффективным тушителем флуоресценции хлорофилла 2 в хлоропласте в соответствии со схемой

ДК-свет ~f- ХЛ1

Орп^т ~ Зокисл (тушение флуоресценции

К-свет + Хл, хлорофилла I) .

Своеобразие этого тушения состоит в том, что энергия возбуждения хлорофилла растрачивается не на тепло, а на фотохимическую реакцию («движение» электронов). Восстановление означает «запирание» стока энергии на фотохимию: все уже восстановлено, и хлорофилл беспрепятственно флуоресцирует, поскольку отсутствует конкуренция.

Окисленный Q может собирать энергию от всех молекул хлорофилла в фотосинтетической единице по схеме

пигменты-светосборщикимиграция энергии-» фотохимически активный хлорофилл (реакционный центр) фотовосстановление Q.

Таким образом, приведенные данные по спектральному «зондированию» фотосинтеза уже подтверждают мысль о двух фотохимических системах, содержащих различные формы хлорофилла. Фотохимические окислительно-восстановительные превращения активных форм хлорофилла индуцируют последовательное движение электронов в общей цепи переносчиков. Электрон, отрываемый при фотолизе воды фотосистемой II и передаваемый ее конечному восстановленному переносчику плас-тоцианину или цитохрому f, служит донором для терминального участка электронного каскада, управляемого фотосистемой I.

Более вескими доказательствами существования двух фотосистем являются опыты по разделению систем с помощью ингибиторов фотосинтеза (химическое разделение) и дифференциального центрифугирования раздробленных хлоропластов (механическое разделение).

При химическом разделении используются вещества, блокирующие электронный транспорт на его различных участках (моноурон, диурон, фтиокол, дихлорфенилдиме-тилмочевина, фенантролин и др.), Ингибирование электронного транспорта сопровождается исчезновением индуцированных светом обратимых окислительно-восстановительных превращений переносчиков. Одновременно прекращается фотосинтез. Хлоропласты перестают синтезировать НАДФН2 и выделять кислород. Это прямо указывает на электронную природу процессов, вызываемых фотохимическими превращениями пигментов. Однако блокирование фотосинтеза может быть снято добавлением экзогенных доноров или акцепторов электронов. Если после разобщения двух фотосистем диуроном ввести акцептор электронов для фотосистемы II, последняя при коротковолновом освещении будет нормально функционировать. Естественно, что при этом акцептор (краситель), воспринимая электрон воды, восстанавливается. И наоборот, в присутствии доноров электрона (аскорбиновая кислота) работает фотосистема I, о чем свидетельствует образование НАДФН2. В этом случае донор электронов окисляется, отдавая свой электрон НАДФ.

К утрате свойственных хлоропласту функций приводит также избирательное удаление отдельных компонентов электронно-транспортной цепи. Для этого используют сравнительно мягкие воздействия на хлоропласт: малополярные растворители, детергенты, ультразвук, ферменты. Например, вымывание из лиофилизированных хлоропластов пластоцианина при воздействии на них гептаном приводит к утрате функций фотосистемы I. Эти функции восстанавливаются после добавления препарата пластоцианина.

Остановимся теперь более подробно на механическом разделении двух фотосистем. В 1964 г. Бордману после разрушения хлоропластов детергентом дигитонином с помощью дифференциального центрифугирования удалось выделить легкие и тяжелые фрагменты ламедл при

144 000 и 10 000 g соответственно. Оказалось, что легкие и тяжелые фрагменты резко различаются по химическому составу. Для легких фракций характерны соотношение (Хл а)/(Хл Ь), равное 5,3, высокое содержание Р7оо, цитохрома и железа. В тяжелых фракциях соотношение (Хл а)/(Хл Ь) равняется 2,3, они содержат мало Я7оо, но много марганца и цитохрома be. Иными словами, химический состав свидетельствует о преимущественной обо-гащенности легких фрагментов компонентами фотосистемы I, а тяжелых — фотосистемы II (табл. 5).

Таблица 5. Характеристики легких (144000g) и тяжелых (10 000 g) фрагментов хлоропластов

Характеристика Целый хлоро- Фрагменты хлоропластов

пласт 144 ООО g 10 000 g

[Я70оЗ/[хлорофилл] 1/450 1/200 1/700

[Цитохром 6]/[цитохром /] 3,6 2,3 6,1

[MnJ/[хлорофилл] 1/73 1/244 1/52

[Пластохинон общий]/[хлорофилл] 1/14 1/13 1/33

Тяжелая фракция обладает также способностью восстанавливать красители на свету с выделением 02, но плохо восстанавливает НАДФ за счет электрона воды. Легкая же фракция в присутствии восстановленного дихлорфенолиндофенола энергично восстанавливала НАДФ, но не восстанавливала окисленную форму этого красителя. Следовательно, и по функциональным признакам легкая фракция включала в себя молекулярный аппарат фотосистемы 1, а тяжелая — молекулярный аппарат фотосистемы II.

Этот вывод подкрепляется люминесцентными измерениями. Тяжелые фракции в опытах Бордмана обладали в пять раз более интенсивной, но менее поляризованной (Р —2,7%) флуоресценцией, чем легкие (Р = 5,4%). При температуре жидкого азота в спектрах люминесценции легких фракций преобладал компонент 720 нм, который составлял 97% от общей интенсивности свечения.

от

В отличие от этого низкотемпературная люминесценция тяжелой фракции в значительной мере была представлена полосой 695 нм. Для тяжелых фрагментов наблюдалось также 3—4-секундное возгорание флуоресценции при освещении красным светом, что, как отмечалось ранее, связано с восстановлением переносчика Q в фотосистеме II. Естественно, что легкие фрагменты хлоропластов таким свойством не обладали, поскольку фотосистема I не содержит Q, способного в окисленной форме тушить свечение.

Вполне понятно, что легкие и тяжелые фрагменты не представляют собой чистые фотосистемы I и II, а лишь в той или иной мере

страница 13
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69

Скачать книгу "Фотобиология" (3.60Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(16.09.2019)